Galvanisieren, was ist das?

Mit "Galvanisieren" ist ein Verfahren gemeint, bei dem mittels Strom in einem Bad Metallteile abgeschieden werden, die dort gelöst sind. Diese lagern sich dann auf dem Teil nieder, das den elektrischen Gegenpol bildet.Im Prinzip handelt es sich um eine Form der Elektrolyse. In einer chemischen Lösung ist eine Metallverbindung gelöst, die mittels Elektrolyse aufgespaltet wird und wo sich das darin gelöste Metall dann auf einen elektrisch leitenden Gegenstand im Bad niederschlägt.So werden beispielsweise Werkzeuge durch Vernickeln gegen Verrostung geschützt. Die Schere ist ein Beispiel hierfür. Das Prinzip ist stets das gleiche: Ein Metall, bzw. ein elektrisch leitfähig gemachter Gegenstand, wird mit einer dünnen Schicht eines anderen Metalls überzogen. Die Oberfläche wird quasi "veredelt". Deshalb spricht man häufig im Zusammenhang mit der Galvanisierung auch von einer Oberflächenveredlung.

Zusammenfassend und vereinfacht kann man sagen, dass man unter Galvanisieren das Überziehen eines Metallstückes mit einer dünnen Schicht eines anderen Metalls mit Hilfe des elektrischen Stroms versteht.

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Wozu Galvanisieren?

Ein paar Beispiele sollen kurz den breiten Anwendungsbereich verdeutlichen, wobei weitere Anwendungen während des Textes aufgezeigt werden.

Durch das Galvanisieren veredelt man beispielsweise ein Edelstahlbesteck, indem man es teil- oder ganz vergoldet. Vorteil: Die Speisen schmecken besser, da Gold absolut geschmacksneutral ist und das Besteck nicht mehr anlaufen kann.Münzen werden übrigens auch durch Galvanisieren veredelt. So beispielsweise mit Kupfer. Modeschmuck wird sehr oft durch Galvanisieren vergoldet bzw. versilbert. Je dicker die Schicht, desto wertiger wird dieser.In der Industrieanwendung werden beispielsweise durch Galvanisieren Eisenteile verchromt, die so widerstandsfähiger gemacht werden und auch vor Verrostung besser geschützt werden.Verchromte Teile an einem Motorrad lassen es zudem wertiger aussehen.Eisen und Stahl werden durch Galvanisierung gegen Durchrostung geschützt.

Die Geschichte des Galvanisierens

Diese ist eng verbunden mit dem Namen Moritz Hermann von Jacobi (1801 – 1874), der gemeinhin als Begründer der Galvanotechnik gilt. Auf elektrolytischem Wege stellte er Kopien von Münzen her.

M. H. Jacobi veröffentlichte das erste Buch "Die Galvano-Plastik" (etwa 1838), welches im Deutschen Museum in München eingesehen werden kann.
Er legte eine umfangreiche Untersuchung bezüglich der Abformung von Münzen und anderen Gegenständen durch elektrolytische Abscheidung von Metallen mit Hilfe von Strom vor.
Das Prinzip ist recht einfach und zeigt auch, wie man einen Nichtleiter zu einem Leiter machen kann, was unabdingbar für eine Galvanisierung ist.
Von einem Objekt wird eine Form hergestellt in die beispielsweise heißes Wachs gegossen wird. Das so entstandene Werkstück wird mit Graphit bestäubt, so dass es elektrisch leitend wird.
Stellt man nun dieses Objekt in ein Kupferbad so wandern durch Elektrolyse Kupferionen zum Objekt, die sich dort ablagern. Das Werkstück bildet hier die Kathode.

Interessante Anekdote aus dem Jahre 1842. Werner von Siemens war preußischer Artillerieoffizier und leider auch in so manches Duell verwickelt. Daraus folgte, dass er zu 5 Jahren Festungshaft verdonnert wurde, die er in Magdeburg, sich mit chemischen Experimenten beschäftigend, nur teilweise absaß. So vergoldete er Gegenstände während der kurzen Haftzeit (er kam nach nur einem Monat wieder frei) mittels Galvanisieren. Er hat sich dort schlicht und ergreifend ein kleines Labor eingerichtet und sogar seine erste, dort gemachte Erfindung patentieren lassen. 1845 richtete er in einer deutschen Neusilberwarenfabrik eine Anlage für die galvanische Versilberung ein.

Die Württembergische Metallwarenfabrik (WMF!) galvanisierte bereits seit 1853 in Geislingen.
Ein Beispiel für die galvanische Kunstfertigkeit ist beispielsweise eine Reproduktion von Ghibertis "Paradiestür", die als Replikat auf dem Werksgelände von WMF zu sehen ist:http://www.geislingen.de/data/werksgelaendeWmf.php .

Ende des 19. Jahrhunderts wurden beispielsweise durch verchromen oder durch vernickeln die in nahezu allen Haushalten eingesetzten gusseisernen Öfen haltbarer gemacht, da naturgemäß die Oberfläche vor Feuchtigkeit geschützt werden musste. Neben Graphit und Email war ab dieser Zeit die Galvanisierung ein gebräuchliches Verfahren zum Schutz vor Verrostung.
Eng damit verbunden ist der Name Robert Wilhelm Bunsen, der als erster in Deutschland Chrom elektrisch abgeschieden hat (um 1854).

Nachdem in Kriegszeiten (1915 – 1918) Nickel, Kupfer und Messing knapp waren, wurden Ersatzverfahren in großem Stil eingesetzt. So wurde die Verkobaltung als gebräuchliche Alternative eingesetzt. Ebenfalls gebräuchlich: das Verzinken, da Zink damals kein "bewirtschaftetes" Metall darstellte.

Der sicherlich nicht komplette und nur sehr spärliche Blick in die Geschichte zeigt: Galvanisieren hat eine lange und interessante Tradition, die eng mit der Elektrifizierung einer Gesellschaft verbunden ist.

Weitere Informationen in unserer Linkliste am Ende.

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Techniken

Hier wollen wir kurz nur die beiden Techniken vorstellen, die auch der Laie zu Hause anwenden kann.

Mittels Tampon-Galvanisierung wird das Elektrolyt mittels eines Schwammes unter Spannung aufgetragen.Dieses Verfahren wendet man bei großen Objekten an oder auch bei Objekten, die nur teilweise galvanisiert werden sollen.

Mit der Tauchbad-Galvanisierung wird das komplette Objekt in ein Tauchbad gegeben und in diesem galvanisiert. Im Hobbybereich eignet sich dieses Verfahren nur für relativ kleine Gegenstände, bis in etwa zur Größe eines Babyschuhs.

 

Arbeitsschritte Tauchbad & Tamponverfahren

Eine erfolgreiche Galvanisierung gliedert sich in 6 Arbeitsschritten.

Schritt 1: Säubern
Der zu galvanisierende Gegenstand bildet die Kathode und sollte absolut sauber sein. Ist der Gegenstand aus Metall so sollte dieser gründlichst mit Metallputzmittel gereinigt werden.

Schritt 2: Entfetten
Entweder Spüli oder auch Spiritus kommen jetzt zum Einsatz. Der zu galvanisierende Gegenstand muss absolut fettfrei sein.

Schritt 3: Spülen und Trocknen.
Der zu galvanisierende Gegenstand sollte gründlichst gespült und getrocknet werden. So werden eventuelle Reste vom Säubern und Entfetten entfernt.

Schritt 4: Elektrisch leitfähig machen
Wenn der zu galvanisierende Gegenstand nicht elektrisch leitfähig ist, so muss dieser mit Silberleitlack versehen werden. Diesen trägt man ganz fein mit einem Pinsel auf. Möglich ist auch ein Sprühverfahren mittels Sprühdose.

Schritt 5.1: Galvanisieren im Tauchbad
Der zu galvanisierende Gegenstand wird als Kathode an den Minuspol der Spannungsquelle angeschlossen. 
An den Pluspol wird die Anode angeschlossen. Beim Verkupfern ist dies eine Kupferplatte und beim Vernickeln entsprechend eine Nickelplatte.
Bei der Vergoldung und Versilberung verwendet man eine Edelstahlplatte.
Im Gegensatz zur Kupfer- und Nickelplatte erschöpft sich nach einer gewissen Zeit bei der Verwendung der Edelstahlplatte das Elektrolyt.
Der zu galvanisierende Gegenstand wird nun in das Elektrolytbad eingetaucht, die Galvanisierung kann beginnen. Bitte auch die Rubrik "Tipps + Tricks" hierfür beachten.

Die einzustellende Spannung ergibt sich dabei wie folgt:
Elektrolyt = Kupfer: 1 – 3 Volt
Elektrolyt = Nickel: 2 – 4 Volt
Elektrolyt = Gold: 2 – 3 Volt
Elektrolyt = Silber: 1 – 3 Volt

 

Vorbehandlung nicht leitfähiger Materialien durch Trocknung

Gegenstände, die Feuchtigkeit enthalten, wie beispielsweise Blätter, müssen vorher getrocknet werden. Dies erreicht man beispielsweise durch Pressung mit einem saugfähigen Material oder durch langsame Trocknung in einem Ofen (50 Grad über Stunden). Anschließend wird der so getrocknete Gegenstand mit Silberleitlack leitfähig gemacht.So lassen sich Blätter sehr gut zwischen zwei Büchern und saugfähigem Papier trocknen. Gegenstände, wie beispielsweise Äste, trocknet man am besten über Tage in einer kleinen Sandkiste. Quarzsand eignet sich hervorragend dafür und diesen erhält man für wenig Geld im Baumarkt.
Verkürzen kann man den Trockeneffekt, in dem man die Sandkiste (kann auch ein größerer Topf sein) über 4 bis 6 Stunden bei 100 Grad in den Ofen schiebt.Anschließend trägt man noch den Silberleitlack (Schritt 4, siehe oben) auf.

Der elektrische Anschluss

Dieser sollte auf jeden Fall mittels Steckernetzteils oder einer anderen stationären Stromquelle erfolgen. Batterien eignen sich nur in Ausnahmefällen und für kurze Galvanisierungsvorgänge. Es sollte ein stetiger und vor allen Dingen konstanter Stromfluss gewährleistet sein.

Kommt ein Steckernetzgerät mit 500mA Leistung bei 3 Volt Spannung zum Einsatz, sollten die mitgelieferten Vorwiderstände zum Einsatz kommen.
Deren Verwendung richtet sich nach der Gesamtoberfläche des Gegenstandes.

Ist diese beispielsweise 8 Quadratzentimeter oder größer,  so wird zwischen dem Steckernetzteil und der Anode ein Widerstand von 4,7 Ohm eingefügt.
Ist die Gesamtoberfläche kleiner als 3 Quadratzentimeter, so wird zwischen dem Steckernetzteil und der Anode ein Widerstand von 24,7 bis 34,7 Ohm eingefügt. Diese Werte sind experimentelle Erfahrungswerte. Je kleiner die Fläche desto größer der Widerstandswert.

Der Fortgeschrittene Anwender wird ein regelbares Netzteil mit einstellbarer Stromstärke in Verwendung nehmen und auch ein Messgerät zur Stromstärkenmessung in den Stromkreis einfügen. Hier sollte ein hoher Messbereich vorab eingestellt werden! Siehe Faustformel unter 5.1 .

Unter "Zubehör" (weiter unten) finden sich zwei Batteriealternativen, die sich in hervorragender Weise für die Galvanisierung eignen.  Hier finden Sie passende Galvanisierungssets für Einsteiger

 

Tipps und Tricks

Die verwendeten Materialien sind zwar relativ ungefährlich, es empfiehlt sich aber trotzdem der Einsatz von Einmalhandschuhen bei allen Arbeitsschritten.

Beim Tauchbad-Galvanisieren sollte vor der Anode ein Plastikgitter gelegt werden. Dieses Plastikgitter verhindert einen ungewollten Kurzschluss mit der Kathode.

Da die Abscheidung in der Nähe der Kathode am größten ist, muss ein komplexer Gegenstand öfters gedreht und bewegt werden. So ist die Abscheidung gleichmäßiger.

Nicht zu galvanisierende Teile müssen vor der Galvanisierung lackiert werden!

Zinn und Blei sind nicht ganz einfach zu galvanisieren. Bei beiden Metallen muss man vor der Galvanisierung eine Sperrschicht aufbauen. Die geschieht durch verkupfern und vernickeln.

Edelstahl muss vorher vernicket werden um einen Haftgrund aufzubauen.

Auch Kunststoff kann galvanisiert werden. Dieser wird mit Silberleitlack vorbehandelt und anschließend verkupfert. Anschließend kann auch vernickelt oder sogar versilbert werden!

Galvanisieren braucht Zeit: Lieber etwas länger als zu kurz!

Durch den Einsatz von Alufolie, auf die man beispielsweise eine Münze legt, kann man sehr gut den elektrischen Anschluss herstellen ohne das ein Teil des Objektes durch den Anschluss abgedeckt werden muss.

Die Bäder sollte man über den Sondermüll entsorgen und keinesfalls in die Toilette schütten oder in den Müll werfen. In vielen Städten gibt es so genannte Schadstoffmobile, bei denen man kostenfrei (in Kleinmengen) die Bäder umweltgerecht entsorgen kann.

 
Das Westfalia-Set

Unter der Bestellnummer 703249 bietet Westfalia ein umfangreiches "Handgalvanisierung und Ergänzungsset" an, welches sich hervorragend zum vergolden, versilbern und verkupfern eignet und alle dafür benötigten Teile enthält.

Das Set besteht im einzelnen aus folgenden Teilen:
a) 1 Handgalvanisier-Gerät für das Tampon-Verfahren;
b) 1 Gold Elektrolyt 30ml zur Vergoldung;
c) 1 Silber Elektrolyt 30ml zum Versilbern;
d) 1 Metallputzmittel 20ml zur Vorbereitung; 
e) 1 Galvanisierungskopf Edelstahl; 
f) 4 Schwämmchen; 
g) 1 Probiermuster (kupferne Rasierklinge); 
h) 1 Galvanisier-Wanne aus Kunststoff (Inh. 250 ml.) für das Tauchverfahren; 
i) 1 Kupfer-Anode; 
j) 1 Schutzgitter; 
k) 1 Kupfer-Elektrolyt (Ganzbad sauer 250 ml); 
l) 4 Widerstände; 
m) 1 isolierter Kontaktdraht 1 m; 
n) 2 Verbindungskabel; 
o) 1 Poliertuch; 
p) 3 g Silberleitlack; 
q) 1 Broschüre.